СПОСОБ РАЗДЕЛКИ КУСКОВЫХ ОТХОДОВ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Советский патент 1995 года по МПК C22B34/00 

Изобретение относится к области металлургии тугоплавких металлов (титана, молибдена, ниония, вольфрама) и предназначено для измельчения крупных, например листовых, отходов металлургического производства для последующего вовлечения в шихту, например, при изготовлении расходуемых электродов для переплава в установках рафинирующего переплава.

Целью изобретения является получение кусковых отходов заданного размера, повышение производительности, снижение материально-энергетических затрат и упрощение способа.

На чертеже показана принципиальная схема осуществления способа на примере локального охрупчивания листового материала 1 при нагреве электрической дугой 2, зажигаемой между нерасходуемым электродом 3 и поверхностью перерабатываемого материала 1, перемещаемого в определенном заданном направлении 4, 5 по линии излома. В качестве источника питания используют обычный сварочный трансформатор 6. Обрабатываемый материал 1 при этом помещают в вакуумную камеру 7, которую сначала вакуумируют, а затем наполняют водородом до давления (3-5) ˙ 10⁴ Па и после этого зажигают электрическую дугу 2. Температуру зоны нагрева регулируют величиной силы тока дуги 2 и скоростью перемещения электрода над поверхностью материала 1. Температуру нагрева при переработке титановых отходов поддерживают порядка 900 - 1000^оС, так как при этих температурах доcтигаетcя интенcивное диффузионное проникновение водорода в металл, причем скорость проникновения атомарного водорода на несколько порядков выше, чем молекулярного, поэтому предварительное расщепление водорода на атомы значительно ускоряет процесс. С этой точки зрения применение электродугового или плазменного источников нагрева следует признать предпочтительным по сравнению, например, с индукционным нагревом, поскольку сверхвысокие температуры плазмы и электрической дуги способствуют диссоциации молекул водорода на атомы.

Порог водородной хрупкости для различных металлов различен. Для титановых сплавов предельная концентрация водорода, вызывающая хрупкое разрушение, не превышает 0,5% по массе, поэтому насыщение зоны нагрева водородом следует проводить до этих концентраций.

Таким образом, локальный нагрев листового материала из титана при 900-1000^оС в атмосфере водорода концентрированным источником нагрева до содержания водорода в охрупчиваемой зоне порядка 0,5%, с последующим охлаждением материала в атмосфере водорода до температуры порядка 300^оС, позволяет после механического разрушения материала по охрупченным продольным зонам получать полосы и штабики, которые могут быть собраны в виде расходуемого электрода и переплавлены, например, в вакуумной дуговой или электронно-лучевой печах.

П р и м е р. Изобретение опробовано при охрупчивании водородом листовых отходов толщиной 20 мм из титанового сплава ВТ1-0 при давлении водорода 5 ˙ 10⁴ Па в условиях их локального нагрева электрической дугой от нерасходуемого вольфрамового электрода. Нерасходуемый электрод перемещали над нагреваемой поверхностью вручную по копиру при постоянной величине дугового промежутка. Температуру нагрева измеряли вольфрам-рениевой термопарой, зачеканенной в металл с обратной стороны, что позволило контролировать интенсивность нагрева. Температуру поддерживали не выше 1400^оС. Продолжительность воздействия температуры изменяли от 1 до 10 с. Из листового материала после его охлаждения вырезали стандартные образцы на ударную вязкость для определения хрупкости гидрированного локального участка материала. Результаты испытаний образцов показали, что ударная вязкость сплава ВТ1-0 снижается с 1,6 до 0,2 МПа после локального гидрирования в течение 2 с при 1000^оС. С повышением времени температурного воздействия до 10 с ударная вязкость снижается до 0,062 МПа, а среднее содержание водорода повышается до 0,4-0,5% (см.табл.1).

Из табл. 2 видно, что в предложенном способе расход водорода и расход электроэнергии снижаются примерно в 20 раз, а длительность процесса гидрирования - в 5 раз, т.е. способ отличается экономичностью и не требует сложного технологического оборудования.

Сравнительная оценка предложенного и известного способов приведена в табл.2.

1. СПОСОБ РАЗДЕЛКИ КУСКОВЫХ ОТХОДОВ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, например листовых отходов титанового производства, включающий охрупчивание кусковых отходов путем высокотемпературного нагрева в атмосфере водорода с последующим механическим измельчением, отличающийся тем, что, с целью получения кусковых отходов заданного размера, повышения производительности, снижения материально-энергетических затрат и упрощения способа, нагрев отходов в атмосфере водорода осуществляют локально по линии излома концентрированным источником тепла, перемещаемым над поверхностью кусковых отходов по линии излома. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют электрической дугой, зажигаемой между кусковыми отходами и нерасходуемым электродом. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют плазменной дугой.